煤化工高鹽廢水處理雙級反滲透系統(tǒng)

　　某煤化工企業(yè)以煤作為生產(chǎn)原料，通過煤氣化工藝的合成氣制甲醇，甲醇再制成烯烴。在其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的化工生產(chǎn)廢水，這些廢水經(jīng)過廠區(qū)深度處理后，會產(chǎn)生大量的高鹽廢水。而煤化工企業(yè)周圍的生態(tài)環(huán)境往往比較脆弱，并且企業(yè)往往建在水資源短缺的地方。此部分高鹽廢水若直接排放，將對企業(yè)周邊環(huán)境造成極大的污染和破壞。因此考慮使用反滲透技術對本部分廢水進行處理，同時回用其中大部分水資源。由于進水電導率較高，本研究采用雙級反滲透系統(tǒng)，在使產(chǎn)品水達到回用水水質(zhì)要求的同時，濃水可以進入后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進一步處理，不僅滿足了企業(yè)的用水要求及環(huán)保要求，還實現(xiàn)了可觀的經(jīng)濟效益。

　　一、進水水質(zhì)及處理要求

　　本項目的高鹽廢水來源于上游回用裝置產(chǎn)生的反滲透濃水，水量100m3/h，進水pH7~9、電導率50000~65000μS/cm、硬度1000mg/L、Cl-12000mg/L，可以看出：(1)電導率高，且波動范圍較大，高濃度的氯離子對金屬設備具有較強的腐蝕性。(2)硬度較高，易在膜表面產(chǎn)生無機鹽垢，影響系統(tǒng)的運行。本項目要求廢水最終產(chǎn)品水的電導率≤500μS/cm，濃水電導率>100000μS/cm。

　　二、工藝選擇及系統(tǒng)設計

　　針對進水水質(zhì)特征及處理要求，本項目采用雙級反滲透系統(tǒng)進行減量處理，工藝流程見圖1。

　　高鹽廢水的硬度較高，而無機鹽結(jié)垢對反滲透系統(tǒng)的影響很大，若不加以去除將造成反滲透膜嚴重污堵。所以，需先對高鹽廢水進行軟化處理，選用石灰純堿軟化法用于去除水中的硬度，石灰、純堿與水中的鈣、鎂反應生成碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，產(chǎn)生的污泥定時排出系統(tǒng)外。反滲透進水一般要求SDI≤5，而高鹽廢水經(jīng)過軟化澄清后，上清液中仍有部分的懸浮物顆粒，所以需要對澄清池出水進一步處理，從而保證反滲透的正常運行，本項目采用機械過濾器對澄清池產(chǎn)水進一步處理。為了保證進入反滲透的水的硬度達標，本項目設置離子交換系統(tǒng)，進一步去除高鹽廢水殘留的硬度。通過換熱器調(diào)整進水溫度穩(wěn)定在25~30℃，滿足反滲透系統(tǒng)進水水溫的要求。在進入一級反滲透裝置前，需要投加還原劑(亞硫酸氫鈉)和阻垢劑(含磷小分子)，還原劑的作用是控制反滲透進水的余氯低于0.1mg/L，保證反滲透膜不被氧化，阻垢劑的作用是保證反滲透系統(tǒng)正常運行不結(jié)垢，確保反滲透系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。為達到設計產(chǎn)水水質(zhì)要求，一級反滲透濃水作為系統(tǒng)濃水去蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進一步處理，一級反滲透產(chǎn)水需要進入二級反滲透裝置進一步處理，二級反滲透裝置濃水回RO給水箱。

　　雙級反滲透系統(tǒng)的設備配置見表1。

　　三、系統(tǒng)運行情況

　　本項目高鹽廢水經(jīng)前面預處理后，進入雙級反滲透系統(tǒng)的水溫度30℃、pH9~10、硬度約10mg/L、濁度約1NTU、Fe、Al均未檢出。

　　3.1 系統(tǒng)脫鹽率及產(chǎn)水水質(zhì)

　　在雙級反滲透運行期間，系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)良好，各項產(chǎn)水水質(zhì)指標均達到設計要求，產(chǎn)水作為廠區(qū)循環(huán)水補水進行回用。其中，一級反滲透裝置回收率約50%時，其脫鹽率基本維持在97.5%以上，二級反滲透裝置回收率約92%時，其脫鹽率基本維持在82%以上，監(jiān)測情況見圖2。

　　由圖2可以看出，一級RO的脫鹽率隨運行時間的增加略有下降。這一方面是由于進水水質(zhì)的波動及運行控制造成的，另一方面是膜元件的局部損壞造成的，在日常監(jiān)測過程中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有幾只膜殼產(chǎn)水電導率異常升高，應是保安過濾器泄漏造成的膜元件損傷。

　　雙級反滲透的產(chǎn)水電導率基本維持在200μS/cm以下，監(jiān)測情況見圖3。

　　由圖2、圖3可以看出，二級反滲透相對于一級反滲透裝置的整體脫鹽率下降較小，系統(tǒng)的產(chǎn)水電導率基本可以維持在200μS/cm以下，說明本項目采用雙級反滲透系統(tǒng)處理高鹽廢水可以保證系統(tǒng)產(chǎn)水的總體穩(wěn)定性。運行時二級反滲透濃水電導率在10000~12000μS/cm，相較于一級RO進水電導率低很多，回流后對系統(tǒng)運行影響較小。

　　3.2 系統(tǒng)濃水水質(zhì)及壓強

　　在雙級反滲透運行期間，一級反滲透系統(tǒng)壓強在6.8~7.2MPa，系統(tǒng)濃水的電導率較穩(wěn)定，基本維持在100000μS/cm以上，系統(tǒng)產(chǎn)水滿足系統(tǒng)處理要求，實現(xiàn)了高鹽廢水處理系統(tǒng)濃縮和回用的要求，監(jiān)測結(jié)果見圖4。

　　由圖4可以看出，系統(tǒng)壓強總體不斷變化，這是由于隨著運行時間的增加，系統(tǒng)內(nèi)積聚的污染物質(zhì)增多導致，通過化學清洗后，系統(tǒng)壓強會隨之降低。在實際過程中也應保證前處理的穩(wěn)定，以免膜元件受到污染。

　　3.3 系統(tǒng)清洗情況

　　在正常運行期間，反滲透膜元件會受到微生物、膠體顆粒和不溶性有機物質(zhì)的污染。運行過程中這些污染物沉積在膜表面，導致進水和濃水間的壓差上升，當上升超過設計值時，需要對膜元件進行清洗。清洗時需要針對上述污染物選擇合適的清洗藥劑，本項目采用酸性清洗藥劑和堿性清洗藥劑對反滲透膜元件進行清洗，并根據(jù)實際污染情況對反滲透裝置進行離線循環(huán)及浸泡，并隨時觀察清洗液的情況，直至達到清洗要求。首先，以較低流量的清洗液置換系統(tǒng)內(nèi)的原水，待完成后，恒定清洗液溫度在30℃，以較低流量在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，循環(huán)1h后，浸泡1h。其次，再以較高流量的清洗液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)1h，沖洗清洗下來的污染物。最后，用合格的產(chǎn)品水沖洗系統(tǒng)內(nèi)的清洗液，備用。其中，酸性清洗藥劑是質(zhì)量分數(shù)為0.2%的鹽酸，堿性清洗藥劑是質(zhì)量分數(shù)為0.1%的NaOH和0.02%的硅酸鈉。化學清洗完后用RO產(chǎn)水進行沖洗，至清洗液完全被沖洗出為止。

　　3.4 運行能耗

　　對雙級反滲透系統(tǒng)運行電能、藥劑消耗進行核算，其中用電消耗是運行能耗中的主要部分，藥劑消耗主要是還原劑和阻垢劑，均按3mg/L投加進行核算，還原劑按1元/kg、阻垢劑按26元/kg、電費按0.5元/(kW窯h)核算時，系統(tǒng)運行費用約在1.8元/t。

　　四、結(jié)論

　　通過雙級反滲透系統(tǒng)在煤化工高鹽廢水處理中的成功應用，可以看出雙級反滲透系統(tǒng)不但可以使系統(tǒng)產(chǎn)水達到設計要求，而且可以很好地保證高鹽水處理系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)的穩(wěn)定性，更加有利于實現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水的循環(huán)復用，為企業(yè)節(jié)省更多水資源。雙級反滲透系統(tǒng)作為高鹽廢水處理中的濃縮回用單元，其穩(wěn)定的濃水指標對全廠的水處理系統(tǒng)起到重要作用，是實現(xiàn)全廠廢水處理要求，乃至到達零排放要求的重要環(huán)節(jié)，為企業(yè)的環(huán)保需求做出了貢獻。(來源：中工沃特爾水技術股份有限公司;鄭州大學化工與能源學院)